第六章 变形工具

3D打印机正向着炼金术士的梦想迈进：想要什么就能做什么。

大规模生产的优势在于重复制造与标准化，而3D打印则有利于个性化与定制化。数字制造时代的一大胜利是我们可以在大规模生产与定制之间做出选择，却不用支付昂贵的手工制作费用。这两者现在已经成为可行的自动化制造方法。

“茶。格雷伯爵。热气腾腾。”

每当让–卢克·皮卡德舰长（Jean-Luc Picard）坐在星舰企业号的准备室里想喝一杯热饮时，他只要用语言表达一下，战舰上的“复制器”就会收集各种所需的原子，包括制造杯子的原子，然后沏好一杯热气腾腾的茶。这样的过程基本不在皮卡德舰长的思考范围内，以此方式沏茶之于他就像今天的微波炉之于我们。我们现在在厨房里使用无线电波激活原子、产生热量（这在20世纪50年代可是令人兴奋的大事），皮卡德的“复制器”使用《星际迷航：下一代》里没有明确说明的神奇能量技术，获取可以自我聚合的原子，形成食品和饮料。

那是科幻电影，但也不是完全没有可能。当你看到现在的工业用3D打印机时，加上一点儿诗意的破格想象，就能看到《星际迷航》里“复制器”的影子了。一盆静止不动的液态树脂，激光像闪电一样开始跟踪其中的形状，于是从原料盆中产生出各种形状，仿佛有一种魔法从空中变出了各式食品。

不过，诗意的破格想象在此要暂告一段落，我们现在离分子自我聚合还很远，至少离有效使用还很远。一台3D打印机一次只能使用一种材质工作；如果需要使用多种组合材质，必须使用多个打印头或在打印头间来回转换，与目前桌面喷墨打印机的彩色墨盒原理一样。能够获得的分辨率大约只有50微米（一根细发粗细），而自然界的真实分辨率可以比此精微千倍，只有几十纳米粗细。而且，3D打印机的工作方式绝对与自我聚合无关：它确实可以实现“自我聚合”，不过却需要激光的力量固化粉末或液态树脂，或融化塑料，然后通过细管喷射出来。

但你一定明白我的意思。我们能够想象出一样东西，在电脑上绘制出来，用机器使其成型；只需要按下一个按钮，物体（最终）会出现。亚瑟·C·克拉克说：“任何足够先进的技术都可以称为魔法。”越来越接近本质了。

四个桌面工厂

（1）3D打印机：3D打印机和你可能已经使用的桌面纸质打印机作用相似。传统的激光（或喷墨）打印机是2D打印机：从屏幕上获取像素，将其在二维介质（通常是纸张）上转化成墨点或碳粉点。3D打印机则获取屏幕上的“几何图形”（使用好莱坞用来制作电脑特技电影的同类工具制作出的三维物体），然后将其转变成可以拿在手里并使用的实物。有些3D打印机拉伸多层熔融塑料，制作实物；有些则使用激光将液态或粉末状树脂固化为硬层，从原料盆中形成实物；还有一些能够使用任何材料制作物品，比如玻璃、钢、铜、金、钛，甚至是蛋糕糖霜。你可以打印一根笛子或是一顿饭。3D打印机甚至可以向支撑矩阵上喷射干细胞悬浊液，使用活体细胞打印出人体器官，与喷墨打印机在纸张上打印没有什么两样。

（MakerBot Thing-O-Matic 3D打印机）

（2）数控机器：3D打印机使用“加法”技术制造物品（一层一层叠加材料制作实物），而数控刨槽机或铣床则是使用“减法”技术制造相似的产品。“减法”技术非常神奇，通过使用钻头在塑料、木头或金属板块上切割出产品。数控机器种类繁多：数控绗缝机和刺绣机、数控标牌切割机/刻字机（用于丝网印刷）以及工匠使用的数控裁纸机/布料切割机等。有些数控机器与一张大桌子尺寸相当，专门用于制作木料家具（大的工业数控机器与库房大小相近，能够切割出飞机机身这样的大型物体）。

（MyDIYC数控机）

（3）激光切割机：激光切割机是最受欢迎的桌面新工具之一，大部分为二维设备，使用强力激光在塑料、木材和薄金属板等各类材质上精准切割出任何复杂程度的形状。很多CAD软件都可以将三维物体分解为二维部件，使用激光切割机制作，然后向插片恐龙玩具那样整齐地插接起来。

（Epilog Zing激光切割机）

（4）3D扫描仪：通过这个跟面包箱差不多大小的设备，你可以实现“现实捕捉”。不必费力地重新描画一个物体，只要把已有的物品放在3D扫描仪前就可以了。设备使用激光或其他光源以及一台摄像机，从各个角度拍摄物体的图像，然后将其转化成数万个或数十万个多边形构成的三维形象，就像是电子游戏里的人物形象或是电脑特技电影。软件简化了扫描仪的操作，你可以随心修改获得的三维形象。最普通的首次试验就是扫描你自己的头部，把自己的脸部三维形象夸张变形，然后用3D打印机打印出你自己形象的摇头玩偶。

（Zscanner 3D扫描仪）

今天，你可能还会认为3D打印是尖端技术，是高端设计工作室和极客们的玩具。但你也可能已经碰到过3D打印机了，只是它太过平常，根本没有引起你的注意。

使用定制的牙科配件，比如调整牙齿整齐程度的护齿，在数月间做出了一系列微调，每一次都把牙齿调整到新的位置，但是调整幅度小到不易察觉。此例中，牙科技术人员扫描就诊者牙齿的当前位置，使用软件建立所有中间位置的数学模型，调整到理想的端点。最后，这些位置使用塑料3D打印出就诊者佩戴的各种护齿，每种护齿戴两三周，直到将牙齿调整到新的位置为止。

你购买的每一种电子产品以及周围出现的新建筑的模型，也是通过相似的过程制造出了原始模型，还有3D打印定制的假肢。如果你的运气够好，只看一次牙医就换了新的牙冠，很可能牙医的办公室里就有一台3D打印机（喷射出来的是珐琅）。医生甚至可以使用金属钛3D打印出整块下颌骨，进行更换。

现在，你可以买到定制的3D打印《魔兽世界》角色玩具人偶，或是你自己的Xbox Live在线游戏头像。在东京，你可以扫描自己的头部，然后得到逼真的“本尊”玩具人偶（千万别被吓到啊）。

商业3D打印仅使用几十种材质，大部分为各种金属和塑料，还有更多材质正在试验中。研究人员正在试验更多新奇的材料，比如木浆和碳纳米管，扩大该技术的应用范围。某些3D打印机可以打印电路，从无到有地制造出复杂的电子产品。还有一些能够在纸杯蛋糕上打印糖衣，以及喷射出融化的巧克力等液态食品。

在巨型规模方面，已经有3D打印机可以“打印”混凝土材质的多层楼房。目前，这样一台3D打印机必须和能够打印出来的建筑物一样大小，但很可能某一天就能够作为水泥搅拌车的内置部分出现，通过位置数据决定浇筑混凝土的位置与数量，直接读取、执行建筑设计师的CAD图纸。

同时，研究人员也在努力在相反方向上取得进展：在分子层级使用3D打印。现在已经有能够在惰性材料“支架”上3D打印病人自身细胞的“生物打印机”了。一旦细胞正确着位，就可以生长成器官，目前已在实验室中创造出了膀胱和肾脏。如果使用干细胞打印，新生组织则会形成自己的血管和内部结构。

现在，对于3D打印前景的看法可以说是理想远大。三维CAD软件领先制造商Autodesk的首席执行官卡尔·巴斯认为计算机控制制造与原有的大规模生产同属脱胎换骨似的变化，不仅能改变传统消费品的制造方式，还能在小到生物分子层级、大到房屋与桥梁等各个规模上进行3D打印。

巴斯在为《华盛顿邮报》撰写的一篇文章中解释了此种制造方式的不同之处：

小批量生产高质量产品、以合理价格售出的能力正在引发巨大的经济混乱，其中可以看到美国制造业的未来。

在3D打印等计算机控制的制造进程里，复杂性与品质不会产生任何成本……传统的纸质打印机能够轻松打印出一个圆圈或是一张《蒙娜丽莎》。3D打印机的原理同此。

从设计角度看，这是革命性的进步。设计师不再需要关心或了解制造进程，因为计算机控制的机器会自行决定，可以用金属、塑料、纸板或蛋糕糖衣制作同一个设计产品。（也许这样的功能不是非常实用，但一定会存在。）巴斯解释：“我们有史以来第一次能够将产品设计与制造分离开，因为产品所有的打印信息都已经包含在设计中了。”

3D打印机更具优势的地方是，鉴于其不断发展且用于小规模的定制制造，此类打印机制造产品的方式更具可持续性。由于产品都在本地制造，运输成本很低或为零。所用原材料仅为所需材料，因此造成的浪费很少甚至没有浪费。而且，既然是客户定制的产品，则会受到更多重视，保存时间更长。个性化产品被主人抛弃的概率要低得多，人们非常在意此类物品。

《福布斯》杂志的出版人里奇·卡尔加德认为3D打印“是2015~2025年的变革性技术”。他写道：

使用3D打印机，可以把制造业经济由大规模工业重塑为以前小型设计商店的手工匠人模式。换言之，制造真实的物品可以由资本密集型产业转变成更接近艺术与软件的模式。这有利于美国的创造性技术发展。

但也必须谨记3D打印和其他数字生产技术的劣势，它们无法创造规模经济。制造1 000个产品和制造1个产品，前者的单位成本并不比后者低。所以，此类制造的优势在于：更改每一产品的特性或仅仅制造少量产品，并不会造成任何损失。

这恰恰是大规模生产的反过程。大规模生产的优势在于重复制造与标准化，而3D打印则有利于个性化与定制化。数字制造时代的一大胜利是我们可以在大规模生产与定制之间做出选择，却不用支付昂贵的手工制作费用。这两者现在已经成为可行的自动化制造方法。

如果想要做100万只橡皮鸭子，注塑成型是必需的步骤。第一只橡皮鸭子的成本可能会高达1万美元，因为需要使用工具制作模型，但之后制造的每只鸭子都会分摊这笔一次性开支。等到100万只橡皮鸭子全部制作完成，每只的成本不过是很少的原料开销。再看看用3D打印制作橡皮鸭子，情形就完全不同：制作第一只鸭子可能只需要花费工本费20美元——巨大的成本节约，但糟糕的是，做到第100万只鸭子时，每只的成本仍旧这么多——成本支出不会因为生产数量增加而降低。

除了机器成本分摊之外，3D打印一次只能制作一只橡皮鸭子（可能要耗费一个小时的时间），而注塑成型一次能够制作一打或者更多，所用时间甚至不到一分钟。但注塑成型要求至少生产数百只橡皮鸭子，方能体现其成本低廉的优势。数字制造在小批量生产上胜出，而大批量生产还是需要采取传统的生产模式（见图6–1）。

图6-1 制造橡皮鸭子的两种方法

考虑一下有多少产品实际上更需要小批量生产，而不是以百万为单位大规模生产。实物长尾在数十年前还只能依赖于手工制造，而今天，数字制造已经可以最小批量地自动化生产近乎完美品质的产品。因为未能通过大规模生产经济验证而不能上市的利基产品，或是那些需由手工制造而贵得惊人的产品，现在都唾手可得。

数字制造颠覆了传统制造业经济学。大规模生产中最大的开销为前期的工具投入，而且产品越复杂，更改越多，成本也就越高。数字制造则刚好相反，传统制造中昂贵的东西在数字制造中无须任何花费。

1. 变化无须花费：制造不同的产品与制造完全一样的产品花费相同。

2. 复杂性无须花费：3D打印各种小型部件构成的精确产品与3D打印一个普通的塑料块花费相同。电脑无所谓要做多少运算。

3. 灵活性无须花费：在生产开始后修改产品只需要修改指令编码。机器无须任何更改。

上述优势不一定只体现在3D打印中。我们已经有了类似的定制“标准化平台”：T恤衫及其他简单服装、咖啡杯和便签等，Threadless、CafePress等公司已经在产品定制打印中找到了巨大商机。此例中，使用的技术还不是3D打印，仅仅是复杂图案和材质的2D打印而已，但效果相同：为永远无法在大规模生产市场中立足的产品开创出欣欣向荣的市场。

通常，Threadless和CafePress公司接受的定制数量为几十件，而不是几件，当然也不会接受数千件的定制，但这一长尾的集合效应却不能小觑。CafePress公司有超过200万个客户，其2011年的收入为1.75亿美元。该公司的股份已经公开交易，就在我写下这段文字时，CafePress公司的市值已经达到了2.5亿美元。这对T恤衫和马克杯定制印刷公司来说，业绩不错。

打印机如何工作

让我们还是回到3D打印机上，这种神奇的机器激发了未来主义者和车间发明家等人的极大想象。它如何工作？

3D打印机在本质上就是计算机数字控制三轴机器的变形，两台计算机控制的发动机负责控制喷头的左右与前后运动（x轴和y轴），另有一台发动机上下移动托有被打印物体的打印机托盘或平台（z轴）。

如果你在更换墨盒时注意过桌面喷墨打印机的内部构造，就比较了解。喷墨打印机是2D打印设备，即只在x轴和y轴上工作，前后移动喷头的发动机与3D打印机中的两个发动机类似，喷墨打印机使用辊在另外一个轴上传送纸张。两者总体概念完全相同：电脑将设计转换成发动机指令，在精准的位置上迅速调用打印材质。3D打印机只是使用了更多发动机，喷射出的材质也不仅限于油墨，但做的事情与喷墨打印机没有区别。

MakerBot等3D打印机通过一个微孔挤压出ABS塑料，将材料层层重叠，这一进程称为熔融沉积成型（FDM）。另外一些更高端的3D打印机使用激光在材质盆中硬化液态树脂（立体光刻或SLA），或层层硬化粉末状塑料、金属或陶瓷，这一进程称为选择性激光烧结（SLS）。激光机器使用的材质种类更多，所获分辨率也更高，但比喷射塑料的3D打印机昂贵许多，后者更宜家用。在某种意义上，这就像是普通纸张打印机的情况：激光打印机多用于办公场所，而家庭多选用喷墨打印机。

3D打印机使用“加法”技术，即采用从物体底部层层堆积的方式打印、制作。与此相反，数控刨槽机或数控铣床等数控机器则使用“减法”技术，使用旋转工具从材料上切割或磨掉不需要的部分。因此，“加法”进程是使用材料堆积出物体“应该的”样子，“减法”进程则是去除物体“不应该有的”部分。

使用3D打印机时，软件首先检测待制物体的CAD文件，计算出如何使用最少的材料与时间制成该物体。以制作一个人物头像为例，必须打印出头像的外壁，但根据使用材料不同，需要判断具体的宽度。软件会计算出最小的宽度值，同时保持表面的强韧度。

通常，头像内壁不可见，因此无须打印。但如果没有任何内部结构，头像可能易损。因此，软件通常会生成头像内部蜂窝状支撑结构，使用最少量的材料提供最大强度的支持（如果在3D打印服务商处打印成型一个物体，通常需要向服务商支付材料费以及使用机器的工时费）。

之后，软件会在水平层面上“切片”，分解成打印机能够处理的薄片。每一薄片都是一组指令，指挥打印头在x轴及y轴方向上喷射材料或在粉末或树脂上扫射激光。当打印头移至构建区域上方时，会跟踪找到物体的整体切片，软件则会选择打印头需要移动的最短距离路径。

在一定意义上，这与近30年前引发了桌面出版运动的原始Postscript语言概念相同，都是把人们能够理解的视觉语言（以前是桌面出版中的词句与字体，现在是屏幕上的三维物体）转化成电脑能够理解的机器语言。现在的制造语言名为“G代码”。正如Postscript最初设计为巨型工业打印机的驱动语言，现在却应用于桌面打印机之上，G代码原本是为了车间工作而编写，现在在创客的工作室中的3D打印机上找到了用武之地。

当一层薄片3D打印完成之后，G代码就会向z轴发动机发送指令，将打印头略微向上移动，以便跟踪发现下一薄片，喷注堆积另一薄片层。材质按此方式层层堆积，最终完成3D打印的成品。

某些3D打印机（如使用硬化液态树脂打印的机器）在工作过程中，待制物体实际上是在原料盆中由上向下移动的，以便新一层的液体能够从上至下包裹在前一层材质之外，通过激光硬化。此类3D打印的分辨率高达数十纳米，打印结构与人类细胞大小相同。另外一些3D打印机则使用黏合剂粘贴极薄的塑料薄膜，然后打印头在每层上切割出形状。但基本原理相同：以尽可能薄的分层薄片堆积成型被打印物体。使用高品质3D打印机时，根本看不出薄片分层。

使用激光硬化粉末成型物体的3D打印机有诸多优势，其中之一便是未硬化粉末仍然密集堆放在托盘上，可以对被打印物体的悬垂部分起到结构性支持作用。粉末真正冷却之前，都会呈下垂状态。打印进程结束后，操作人员取出成型物体，刷去多余的粉末。在喷射熔融塑料的3D打印机上也可使用上述方法，但通常是在做第二个头像时使用比较理想：此时托盘上已有一层粉末或其他不用的废料，必须使用支撑杆支撑上层的下垂部分。

所有这些制造计算听上去都相当复杂，但全部是自动完成的。实际上，看起来就像是变魔术。这就是数字制造之美，你无须了解机器的工作原理或知道应如何优化机器的刀具路径，这些工作统统都由软件完成。物体的CAD设计中已经包含了3D打印机计算制作方法的所有必需信息。

自制打印俱乐部

所有一切最初都诞生于20世纪80年代的工业工具公司中，但就像个人电脑一样，这一技术在过去10年已经延展到普通人的生活里。想知道这一切都是如何发生的吗？很简单，坐地铁前往布鲁克林第三大道，敲一敲那扇金属门，门上有大大的、手机能够识别的QR码。然后等着头发乱蓬蓬的时髦年轻人来给你开门。如果不是有了这么一个地方，布鲁克林第三大道会平庸很多。

欢迎来到Botcave。

在这个经过改建的酿酒厂中，布雷·佩蒂斯、扎克·史密斯和他们在MakerBot公司的硬件工程师小组正在制造第一台价值1 000美元的主流3D打印机。MakerBot Thing-O-Matic 3D打印机不使用激光，而是通过喷挤出不同颜色的0.33毫米粗细的熔融ABS塑料使物体成型。

工业用3D打印机外观类似医疗设备，但MakerBot出品的打印机更加个性化，装饰有荧光字母，每台都充分体现了其拥有者对这台打印机的热爱。我的MakerBot打印机是黑色的，上面配有橙色的字母和蓝色的发光二极管。在光线昏暗的房间里，它看上去很酷。

开箱即用的MakerBot产品是常规的3D打印机：根据数字文件制造塑料部件。马上需要一个齿轮？下载一张设计图纸，然后自行3D打印出来即可。想要修改一个已有物品？扫描该物品，使用Google上搜索到的免费SketchUp三维设计软件把需要修改的部件拧下来，然后加载到ReplicatorG 3D打印软件应用中。几分钟之后，你就能得到一个新的实物：原子的“自选、自制、自刻”。

MakerBot产品是最简单的3D打印机之一，只有四台发动机：x、y、z轴发动机，外加一台喷射由加热器融化后的ABS塑料丝的发动机，将熔融ABS塑料喷射到平台上成型物体。MakerBot 3D打印机的框架使用胶合板制成，一些塑料滑轮由另外的MakerBot 3D打印机制造。电子元件安装于Arduino处理器板上。

闪烁的发光二极管数量似乎超出了需要量。如果你非要搞清楚原因，那就是没有弄清重点：MakerBot不只是一种工具，还是玩具。它是革命性的行为，是动力的雕塑，是政治宣言，无与伦比的酷。

我打赌你绝对不会这样形容桌面喷墨打印机。

这就是商用工业工具与DIY运动成果的不同。创客的装备不仅关乎创造过程，也关乎产品本身。MakerBot产品凝结了集体的智慧，你知道它的制造者、崇拜他们的远见卓识，一台MakerBot 3D打印机还闪现着个性的风采——这就是它的特别之处。拥有一台MakerBot 3D打印机，你拥有的就不只是一台机器，更是占据了一个见证文化转变的有利位置。开源不仅是有效的创新方法，对于其追随者来说，也是和民主一样有力的信仰体系。

MakerBot的渊源深远，它建立在此前多个开源项目之上，包括RepRap 3D打印机（一种非常聪明但比较单薄的设计）、Arduino微处理器板，以及一系列将CAD文件转换成控制3D打印机三台发动机指令的软件包。此时，开源意味着打开一切：电子元件、软件、实体设计、文档，甚至是标识。实际上，MakerBot 3D打印机的每一部分或是集体智慧的结晶，或是由创客随心制作，明显体现了放弃知识产权保护后反而能获得更好的社区支持与自发保护。

2009年MakerBot成立后的几个月，我第一次参观了Botcave。狭长的砖墙屋子里整齐摆放着100个纸箱，里面是第9批MakerBot 3D打印机，正在进行组装。（作为顾客之一，当我知道其中一台（序列号400）是属于我的时，真是激动万分。从那时起，它就发挥了大作用，而且我已经把它升级为第二代产品“Thing-O-Matic”了。）用于下一批产品的元件规整地排在架子上，激光切割机则在嗡嗡不停地切割一摞摞薄胶合板，制作打印机的框架。

MakerBot 3D打印机的发明者终于领教了供应链管理的残酷现实：彻底完成装配之前不能发货，有些元件未能按时到达，而有些已经送到的元件又出现了问题。一台MakerBot 3D打印机有几百个部件，只要其中一个出了问题，就要推迟发货。

我看到的现实是，几十台有待完工、发货的打印机等上几周都无法完成。要解决这个问题，只能选择超量订购每种元件，确保所有元件的库存充足。这样的“保险”可以说昂贵。我在那里时，MakerBot 3D打印机的元件库存价值已经将近30万美元，可主要部件仍然缺货。这样把大笔资金困在元件库存中成为呆滞资本非常不利，对于刚刚起步的公司来说尤其如此。因此，MakerBot制造小组开始把注意力从艰苦的研发转向较为平庸但同等重要的问题上：如何保证可靠的元件供应与需求预测？这些是在过去一个世纪里任何涉足制造业的人都会关注的事情，对于这个开源硬件小组的专家们来说却是一件新鲜事。陈腐无法推动变革。

就在我写下这些文字时，MakerBot公司已经销售了超过5 200台3D打印机（价值500余万美元）。每台3D打印机都在小组的努力下有了新的用途和工具，得到更好的改进。比如，最新喷头的成型分辨率可达0.2毫米，另外一个喷头可以夹住旋转的切割机，把打印机变成了一台数控刨槽机。其他机型则得到了升级，成型物体的大小是原来的2倍。

目前，MakerBot已经吸收了1 000万美元资金用于扩大公司规模，投资者中包括亚马逊网站的创始人杰夫·贝佐斯。这笔资金必不可少，甚至还需要更多——MakerBot要与众多低成本3D打印机制造商竞争。目前还是工具包（也可以要求进行预组装）形式的3D打印机，很快就会在MakerBot及其他制造商的推动下，发展成大规模生产的产品，并且价格更低，使用起来也会更加便捷。市场规模会从最初的5 000台增长到5万台，用户也会由最早的技术熟练型人才演变为只是想要做点儿有趣东西的普通人。

同时，惠普等大型打印机制造商也一直虎视眈眈。目前，它们仅向商业客户出售昂贵的3D打印机，但总有一天，也许就在未来几年，主流3D打印机市场终将成熟，可以在沃尔玛和好市多中大量出售3D打印机。那时，惠普或爱普生等大公司的规模经济即会显现优势。一台3D打印机的售价会跌至99美元，到时人人可以拥有。

入门毒品

3D打印机确实令人激动，但它们最终演变为真正的物质编译器的同时，“创客运动”的真正推动力量却蕴藏在不怎么起眼的激光切割机里。随便选择一个创客空间，都能看到成排的激光切割机整天不停地工作，旁边还排着长长的队伍，等着使用。激光切割机属于入门机器，部分原因是它使用起来确实简单，不用费脑筋。创客们把这些机器称作数字制造的“入门毒药”。

激光切割机与其他数字制造工具一样属于数控机器，计算机驱动发动机在xy平面上移动高功率激光器。激光器可以切割金属板（从胶合板、塑料到薄金属板等）或使用不同强度的激光，仅烧穿板材的某些部分，实现蚀刻。

激光切割机以其便于使用而广受欢迎。不必使用三维设计，用Adobe Illustrator等软件设计的二维图纸也可应用于激光切割机之上。大家都可以设计二维图纸，与我们在纸上绘制基本相同。只要你能画出图纸，激光切割机就能制作出你想要的东西。这样就无须大动干戈地用锯子锯了。激光切割机快速、廉价、安静，是入门者理想的模型成型工具。

不过，不能因为激光切割机能够制造二维物体，就小觑了它在三维制造方面的能力。使用特殊的软件包将三维物体分解成二维平面部件，分别切割，甚至可以加上插脚——插槽小部件，便于组装。这样就可以制作出颇具优势、易于组装的组件包了。如果你见过恐龙骨架的拼装玩具包，就应该能够理解激光切割机的工作成果。

Ponoko和Pololu等众多服务商接受客户上传的二维文件，自动修改后，帮助客户选择适当的切割材料。如果所有的部件都能容纳在约为0.093平方米大小的胶合板或塑料板上，花费可能只有15美元。1周后，这些零件就能直接送到你的手中。

如果需要切割更厚重、更大或没有那么平整的物体，就需要使用数控刨槽机或铣床。此类机器与3D打印机一样在x、y、z三个轴上工作，但不是堆积材料成型，而是从材料中切割出需要成型的物体。数控刨槽机与激光切割机的不同之处在于，前者能够精确切割出物体的深度，因此可以一次性制作出真正的三维物体。更为精密的“五轴”工业用机器可以像人手一样灵活地扭动、旋转切割头，从侧面切割，或是像娴熟的雕塑家一样雕刻金属，不过速度之快是人类手工无法企及的。

我已经拥有了一台售价500美元的桌面切割机，名为MyDIYCNC，使用便宜的手持Dremel工具作为切割头。我们和孩子们一起用这台机器制作桌面战争游戏的泡沫塑料沙盘模型。我们这么做是受到了一位创业者的启发，他可以把你最喜欢的电脑游戏“地图”制作成罩在玻璃罩里的立体桌面模型。虽然我们不经常做这样的模型，但对孩子们大有裨益。我们甚至可以把Dremel工具换成一台激光器，这样这台机器就能变成激光切割机了。

如果你最近让橱柜制造商重新装修了你家的厨房，很奇怪的一点就是，他们会使用一种叫做Shopbot的较大型数控刨槽机。你买到的平整包装的宜家家具也是在工厂中使用数控机器制造的，你的汽车最早很可能也是房间大小的数控机器的杰作，这台机器从泡沫材料中切割出车身的模型。仓库大小的数控机器能够从泡沫中制作出飞机的整个机身，作为玻璃纤维机身的原始模型。

现实捕捉：你可以扫描任何物体

所有这些数字工具都是将比特转化成原子的方式。反向行之，把原子转换成比特，结果会怎样？在屏幕上从无到有地绘制出三维物体可不容易，如果先有了一个与你设想的三维图形相似的图像，你不过在它的基础上进行必要的修改，那就容易得多了。

这一过程称为“现实捕捉”。你可以扫描任何物体，生成圆点构成的“点云”，定义物体表面。然后，另外的软件会将点云连接成多边形网状结构，与电脑动画片中的人物制作相似，可在屏幕上控制、修改。

可以购买商用3D扫描仪，使用激光器追踪物体，并通过摄像头捕捉物体表面各点的位置。不过还有成本更低一些的方法，通过Autodesk提供的免费在线服务123D Catch，你可以上传物体的普通照片（从多角度拍摄），之后，基于云的软件会将照片转换成你能够修改并在3D打印机上打印的三维物体图像。这个在线服务软件甚至已经有了iPad应用版。

或者你可以制作自己的3D扫描仪：利用掌上投影仪向物体上投射格网类型光（“结构光”），该物体通过高分辨率网络摄像头拍摄。旋转物体，网络摄像头将从各个侧面与维度进行捕捉，当已知光线类型投射到物体表面时会发生变形，此时网络摄像头便能抽取出相应的几何形状。

最后，需要使用电脑或智能手机的内置摄像头做一些研究工作。电脑上的软件会指导你旋转、展示物体的不同侧面，填充软件内置模型中缺失的部分。使用“指导性扫描”后，如果某天你想要复制一个物体，那么只需把手机对准那个物体，按照手机上的指示转动物体，放大指定部分，然后轻触“打印”即可。物体就被复制到你的桌面3D打印机中了，而且还可能是彩色模式。

此时，各种可能性都已经清晰明了。我们可以复印现实，至少可以达到好莱坞的专业水平。分辨率不断提高是不争的事实，保真度会越来越高。下一步就要更加深入，不仅扫描外形，更要复制内在功能。我们已经能够制作喝“格雷伯爵”的茶杯了，还要用多久才能制作茶叶呢？

复制器蓄势待发。